(57)【要約】【目的】ＴＥＯＳ酸化膜形成後における酸素雰囲気での熱処理による膜質改善効果の及ばない膜厚以上に厚膜や、深いトレンチ構造に酸化膜を埋め込む場合であっても、膜質を改善できる半導体装置の製造方法を提供すること。【構成】ＴＥＯＳガスを用いて化学的気相成長法によりＴＥＯＳ酸化膜を半導体基板上に堆積形成する成膜工程と前記ＴＥＯＳガスの排気後、酸素ガスを供給して前記ＴＥＯＳ酸化膜上に酸素含有層を積層形成する酸素含有層形成工程との後、前記ＴＥＯＳ酸化膜成膜工程と酸素含有層形成工程とを所要の酸化膜厚さになるまで複数回繰り返す工程と、加熱により前記ＴＥＯＳ酸化膜中に酸素を熱拡散させる工程を備える半導体装置の製造方法とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  ＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガスを用いて化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＴＥＯＳ酸化膜を堆積形成する成膜工程と、前記ＴＥＯＳガスの排気後、酸素ガスを供給して前記ＴＥＯＳ酸化膜上部に前記ＴＥＯＳ酸化膜の酸素濃度を高濃度にさせた酸素含有層形成工程とを複数回繰り返した後、加熱により前記ＴＥＯＳ酸化膜中に酸素を熱拡散させる酸素拡散用熱処理工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記成膜工程における一回の膜厚は、５０から２００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記成膜工程と前記酸素含有層形成工程とは、同一真空処理装置内で連続して行われることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記成膜工程と、前記酸素含有層形成工程と、前記酸素拡散用熱処理工程とは、前記同一真空処理装置内で連続して行われることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記成膜工程の成膜温度範囲は、６００℃乃至７５０℃であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成膜工程の圧力範囲は、０．１Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３Ｐａ）乃至３Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸素含有層形成工程は、酸素ガスを０．１ｓｌｍ乃至４０ｓｌｍの流量範囲で供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸素拡散用熱処理工程の温度範囲は、８００℃乃至１０００℃であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記酸素拡散用熱処理工程は、不活性ガス含有雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸素拡散用熱処理工程は、酸素雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記酸素拡散用熱処理工程は、不活性ガスと酸素の混合雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系ソースガスであるＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  ＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ−テトラエトキシシラン：Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５Ｏ）４）を用いて、減圧ＣＶＤ法（ＣＶＤ＝Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学的気相成長）により形成するＴＥＯＳ酸化膜の成膜方法およびそのＴＥＯＳ酸化膜の膜質の改善方法にかかり、改善されたＴＥＯＳ酸化膜を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化に伴い、シリコン半導体基板（シリコンウエハ）においては、隣接する素子間を絶縁分離するための素子分離領域のさらなる微細化、あるいは隣接する配線間または配線層間を絶縁分離するための絶縁分離領域等のさらなる微細化が望まれている。さらには、より微細で深い溝領域への絶縁層の埋め込み技術と、埋め込まれた絶縁層の膜質改善による絶縁性能の向上が求められている。
このような状況の下、酸化膜形成用の有機系ソースガスであるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５Ｏ）４）を用いた減圧ＣＶＤ法により形成したＴＥＯＳ酸化膜は、モノシラン系ガス（ＳｉＨ４を含むガス）を用いて形成された酸化膜であるＨＴＯ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）酸化膜と比較すると、利点として、
（１）カバレッジ（被覆性）がより良好であること、
（２）成膜速度が大きく、生産効率が高いこと、
（３）ウエハ面内における膜質の良好な均一性が、膜形成用装置の構成の複雑化を伴うことなく、比較的容易に得られること、
（４）一般的な成膜温度が６００℃から７００℃の温度範囲であり、ＨＴＯ酸化膜に比してプロセス温度の低温化を図ることができること、
等を有している。
【０００３】
しかしながら、欠点として
（１）プロセス温度が低いために、膜が緻密でなく、エッチングレートが大きい。このため、加工における制御性が悪いこと、
（２）膜中のＳｉ原子とＯ原子間の結合が不完全であることに起因する構造欠陥が多数存在するため、酸化膜としての絶縁性が低いこと、
（３）有機系のソースガスを原料としているために、膜中にＣ原子、Ｈ原子、Ｏ原子を含む炭化水素系化合物などの高濃度の不純物が残存し、変動しやすい膜中電荷となり易い。この結果、ＴＥＯＳ酸化膜を、例えば、素子領域を被覆する層間絶縁膜として適用した場合、その下層に配置した素子特性に変動を引き起こすことがある。
素子特性の変動のような前記欠点を解消して素子特性の高精度化を図るためには、ＴＥＯＳ酸化膜を信頼性の高い膜質に改善することが求められている。
【０００４】
一般に、ＴＥＯＳ酸化膜を含むＣＶＤ酸化膜の膜質改善を図る方法としては、窒素等の不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、膜の緻密化を図ることが通常行われている。この方法によれば、ＴＥＯＳ酸化膜のエッチングレートは低く抑えられ、加えて絶縁性としては、ＨＴＯ酸化膜と同程度の性能を有するまでに改善することが可能となる。
一方、前述したような窒素雰囲気による熱処理だけでは、素子の信頼性特性について、前述したＨＴＯ酸化膜と同程度にまで改善することはできず、必ずしも充分に満足できる解決策とは言えないことも明らかになってきた。その理由は素子特性の経時変動や長期信頼性等に影響を及ぼす膜中電荷について、前述の窒素雰囲気中での熱処理が充分有効とは言えないからである。
他方、酸素雰囲気中で熱処理を行うと、前述のＴＥＯＳ酸化膜のエッチングレートと絶縁性能の改善に加え、さらに膜中電荷についてもＨＴＯ酸化膜と同程度にまで低減できることは、既に公知の技術でもある（特許文献１−課題および解決手段、特許文献２−作用の項）。ＴＥＯＳ酸化膜中への酸素導入による膜質の改善効果について、以下、詳しく説明する。図５、図６は、それぞれ窒素雰囲気と酸素雰囲気で、膜厚０．１μｍを有するＴＥＯＳ酸化膜を同一温度、時間で熱処理したＴＥＯＳ酸化膜成膜基板の絶縁性能を評価するＩ−Ｖ特性図であり、図７、図８は、それぞれ窒素雰囲気と酸素雰囲気で、膜厚０．１μｍを有するＴＥＯＳ酸化膜を同一温度、時間で熱処理したＴＥＯＳ酸化膜成膜基板の膜中電荷を評価するＣ−Ｖ特性図である。
【０００５】
図５、図６のＩ−Ｖ特性図から絶縁性能を比較すると、例えば、ＴＥＯＳ酸化膜厚０．１μｍに対し、電圧を徐々に印加し、リーク電流が１ｍＡを越える電圧を破壊電圧とした場合、両者とも８０Ｖ程度となる。この値は、１ｃｍの厚さに換算すると、１ｍＡ時の耐圧としては８ＭＶ／ｃｍ程度となり、共に絶縁性能としては良好であってＩ−Ｖ特性（波形）上にも大きな違いは見られない。この絶縁性能に関しては、図９に示すＨＴＯ酸化膜成膜基板のＩ−Ｖ特性と比較しても、酸素および窒素雰囲気中のいずれの場合も、ほとんど差がないことが分かる。
一方、図７、図８のＣ−Ｖ特性図から膜中電荷を比較すると、窒素雰囲気で熱処理を行った図７では、Ｃ−Ｖ曲線にヒステリシスが見られ、シフト量が大きいのに対し、酸素雰囲気で熱処理を行った図８では、ヒステリシス、Ｃ−Ｖシフトともに見られず、さらに図１０に示すＨＴＯ酸化膜の場合のＣ−Ｖ特性と比較しても、差がないことが分かる。
【０００６】
また、素子分離用のＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）に埋め込まれるＴＥＯＳ酸化膜の場合の膜質改善について、ＴＥＯＳ酸化膜を水蒸気雰囲気中で加熱処理すると、厚さ１μｍ程度まで、膜質改善効果が及ぶことが記載された文献が知られている（特許文献３、段落０００８〜段落００１０）。
【特許文献１】特開平３−２０１４３５号公報
【特許文献２】特開平７−２４５２６７号公報
【特許文献３】特開２００１−７７１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の酸素雰囲気での加熱による膜質改善方法では、例えば、膜厚が０．２μｍ未満程度のように比較的薄い場合には、酸素がＴＥＯＳ酸化膜中を均等に十分拡散し、膜質の改善が確実に行われ、良好な効果をもたらすが、膜厚が０．５μｍ以上と厚い場合には、酸素がＴＥＯＳ酸化膜中の表面近傍付近のみの拡散にとどまることにより、深さ方向に対する膜質の改善が確実に行われ難いという問題がある。また前記特許文献３に記載の水蒸気雰囲気の加熱処理によれば、厚さ１μｍまで膜質が改善されるが、それ以上の厚さの場合について、調べたところ、従来と同様な問題のあることが分かった。特に、図１１に示すように、深さ１．０μｍを超える深さのトレンチ溝１３内にＴＥＯＳ酸化膜１８を埋め込む工程を行う場合、その膜質改善を酸素雰囲気での加熱処理により充分に行うことは、トレンチ１３内に埋め込まれた酸化膜の有効な深さ方向の厚さも、前述のように１．０μｍ以上のように著しく厚くなってしまうので、熱処理により酸素１９が拡散し得るＴＥＯＳ酸化膜１７の厚さはトレンチ溝１３の底にまで届かず、全ＴＥＯＳ酸化膜の確実な膜質改善を行うことはとうてい不可能と言わざるを得なかった。
【０００８】
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、ＣＶＤ法により形成されるＴＥＯＳ酸化膜形成後における酸素雰囲気での熱処理による膜質改善効果の及ばない膜厚以上に厚膜化を図る場合や、前記膜質改善効果の及ばない膜厚より深いトレンチ構造に酸化膜を埋め込む場合であっても、埋め込み酸化膜の膜質を改善し、素子特性を改善できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
特許請求の範囲の請求項１記載の本発明によれば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  ＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガスを用いて化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＴＥＯＳ酸化膜を堆積形成する成膜工程と、前記ＴＥＯＳガスの排気後、酸素ガスを供給して前記ＴＥＯＳ酸化膜上部に前記ＴＥＯＳ酸化膜の酸素濃度を高濃度にさせた酸素含有層形成工程とを複数回繰り返した後、加熱により前記ＴＥＯＳ酸化膜中に酸素を熱拡散させる酸素拡散用熱処理工程を備える半導体装置の製造方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項２記載の本発明によれば、前記成膜工程における一回の膜厚は、５０から２００ｎｍである特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
【００１０】
特許請求の範囲の請求項３記載の本発明によれば、前記成膜工程と酸素含有層形成工程とは、同一真空処理装置内で連続して行われる特許請求の範囲の請求項１または２記載の半導体装置の製造方法とすることがより好ましい。
特許請求の範囲の請求項４記載の本発明によれば、前記成膜工程と、酸素含有層形成工程と、前記両工程後に行われる酸素拡散用熱処理工程とは、前記同一真空処理装置内で連続して行われる特許請求の範囲の請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
特許請求の範囲の請求項５記載の本発明によれば、前記成膜工程の成膜温度範囲は、６００℃乃至７５０℃である特許請求の範囲の請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることがいっそう好ましい。
【００１１】
特許請求の範囲の請求項６記載の本発明によれば、前記成膜工程の圧力範囲は、０．１Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３Ｐａ）乃至３Ｔｏｒｒの圧力範囲である特許請求の範囲の請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることが望ましい。
特許請求の範囲の請求項７記載の本発明によれば、前記酸素含有層形成工程は、酸素ガスを０．１ｓｌｍ乃至４０ｓｌｍの流量範囲で供給する特許請求の範囲の請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることがより望ましい。
特許請求の範囲の請求項８記載の本発明によれば、前記酸素拡散用熱処理工程の温度範囲は、８００℃乃至１０００℃である特許請求の範囲の請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法ことがいっそう望ましい。
【００１２】
特許請求の範囲の請求項９記載の本発明によれば、前記酸素拡散用熱処理工程は、不活性ガス含有雰囲気中で行われる特許請求の範囲の請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることが好適である。
特許請求の範囲の請求項１０記載の本発明によれば、前記酸素拡散用熱処理工程は、酸素雰囲気中で行われる特許請求の範囲の請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることが好適である。
特許請求の範囲の請求項１１記載の本発明によれば、前記酸素拡散用熱処理工程は、不活性ガスと酸素の混合雰囲気中で行われる特許請求の範囲の請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法が好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によればＣＶＤ法により形成するＴＥＯＳ酸化膜形成後における酸素雰囲気での熱処理による膜質改善効果の及ばない膜厚以上に厚膜化を図る場合や、前記膜質改善効果の及ばない膜厚より深いトレンチ構造に酸化膜を埋め込む場合であっても、埋め込み酸化膜の膜質を改善し、素子特性を改善する半導体装置の製造方法を提供できる。
以上のように、本発明にかかるＴＥＯＳ酸化膜の成膜方法およびその酸化膜の膜質改善方法によれば、初期的な酸化膜の絶縁性能が高いだけでなく、素子特性の経時変動（信頼性悪化）要因となって問題とされる酸化膜の膜中電荷量についても、極めて低い程度にまで低減され、ＨＴＯ酸化膜と同等の性能を有するまでに改善される。
また、ＴＥＯＳ酸化膜の厚膜化を図る場合や、深いトレンチ構造にＴＥＯＳ酸化膜を埋め込む場合においても、酸化膜の膜質改善に有効な酸素がＴＥＯＳ酸化膜中へ均一に確実に熱拡散することが容易になるため、素子特性に悪影響を及ぼす可能性のある過度の高温または過剰な長時間の熱処理を行うことなく、安定なＴＥＯＳ酸化膜質へと改善することが可能となる。この結果、このように安定化された膜質を有するＴＥＯＳ酸化膜を半導体素子へ適用することにより、素子の高精度化を図ることが可能となり、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００１４】
本発明の効果をさらに具体的に説明すると、第一に、減圧ＣＶＤ法により成膜されるＴＥＯＳ酸化膜は、比較的成膜温度が低いため、熱酸化膜やＨＴＯ酸化膜と比較して、膜中には多量の構造欠陥が含まれている。これらの構造欠陥は、主にＴＥＯＳ膜中に存在するシリコン原子の一部が酸素原子と化学量論的に結合せず、未結合手のまま存在していることに起因している。また、厚膜酸化膜中への酸素の拡散に対しては、比較的低温、短時間でも充分に均一熱拡散できる程度の厚さのＴＥＯＳ酸化膜に酸素を高濃度に含有する酸素含有層を隣接して積層させるようにしたので、ＴＥＯＳ酸化膜中の大部分のシリコン原子の未結合手が解消される結果、前記構造欠陥の修復が効果的に行われるのである。
本発明では、原料ガスとして、有機系のＴＥＯＳからなるソースガスを使用しているため、膜中には、炭化水素等の不純物や、ＯＨ基からなる構造水が含まれる。これらの不純物は容易に熱脱離するため、不活性雰囲気中で熱処理を行うことが熱処理の過程で膜中から排出させることとなり好ましい場合がある。
【００１５】
以上述べた作用により、本発明によれば、酸化膜としての絶縁性能やエッチングレート等の基本特性の改善に加えて、素子特性の経時変動要因となりうる膜中電荷量についても、極めて低いレベルにまで低減することが可能であり、従来のＨＴＯ酸化膜の膜質と同等の安定化した酸化膜へ改善することが可能となるのである。
さらに、ＴＥＯＳ酸化膜の成膜工程と、酸素ガスにより、ＴＥＯＳ酸化膜の表面近傍に酸素を高濃度に含有する酸素含有層とを積層形成する工程を、所望の膜厚に達するまで複数回行い、その後、形成された積層膜に対し、所定の酸素拡散用熱処理を行うので、一回の成膜処理によるＴＥＯＳ酸化膜の膜厚を、酸素が均一に熱拡散させることが可能な程度に充分薄く設定しておけば、これら工程を複数回、所望の膜厚に達するまで繰り返し行うことにより、ＴＥＯＳ膜の厚膜化を図る場合においても、安定した膜質改善を図ることが可能となるのである。これに対し、従来のように一回の成膜工程でＴＥＯＳ酸化膜の厚膜化を図る場合でも高温で長時間の熱処理をすれば、ＴＥＯＳ酸化膜の膜質改善を図ることが可能ではあるが、微細化、高機能化された回路素子などへ悪影響を及ぼし、特性劣化や信頼性劣化を起こしやすくなる。
【００１６】
一方、例えば、０．５〜１．０μｍ以上の深さのトレンチ構造を有する溝内にＴＥＯＳ酸化膜を埋め込む工程を行う場合などのように、従来方法ではトレンチ深さ方向に対する深さ分だけ酸素を拡散させるに必要な過度な高温、過剰の長時間の熱処理が避けられないが、本発明によれば、トレンチ構造においても、安定した膜質改善を図ることが容易に可能となるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施例１］
以下、本発明の半導体装置に製造方法にかかる一実施例について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の半導体装置の製造方法にかかる実施例を示すプロセスシーケンス図を示す。図２は本発明にかかるＴＥＯＳ酸化膜成膜基板３の断面構造を示す。図３は本発明にかかる熱処理済ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板４を示す断面図である。図４は本発明にかかるＴＥＯＳ酸化膜で埋設されたトレンチを有するＴＥＯＳ酸化膜成膜基板のトレンチ部分の断面図である。図１２は本発明にかかるＴＥＯＳ酸化膜形成に使用される真空処理装置を含む減圧ＣＶＤ装置の断面図である。
先ず、図１２に示す外部ヒーター機構５によって加熱された真空処理装置（ＣＶＤ装置）１内へボートにシリコン半導体基板１２を載置して導入し、真空処理装置１に接続された真空ポンプ６を使用して、真空処理装置１内を充分に真空排気する。この場合、外部ヒーター機構５による加熱温度は、ＴＥＯＳソースガスの分解、成膜に必要な温度であり、好ましくは、６００〜７５０℃の温度範囲が用いられる。ここでは説明の便宜上、真空処理装置部分をＣＶＤ装置と記したが、一般的にはこの真空処理装置に排気ポンプ、その他周辺部品一式を含めた全体を減圧ＣＶＤ装置と称する。
【００１８】
この状態で、図１に示すプロセスシーケンスのａステップに従って、ＴＥＯＳガスを図１２に示す第一のガス導入管７から、例えば、２０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの範囲から適宜選択される流量で、所定の時間だけ真空処理装置１内に導入し、シリコン半導体基板２上に所定の膜厚だけＴＥＯＳ酸化膜８（図２）を成長させる。この時、後工程で形成されるＴＥＯＳ酸化膜に比べ高濃度の酸素を含有する酸素含有層１０（図２）から酸素が、やはり後工程の熱処理によって前記ＴＥＯＳ酸化膜８中へ均一に充分に熱拡散するためには、ＴＥＯＳ酸化膜８の成長をある膜厚以下にとどめる必要がある。例えば、熱処理温度８００〜１０００℃といった熱処理条件で、ＴＥＯＳ酸化膜８中へ充分酸素を熱拡散することが可能なＴＥＯＳ酸化膜８厚は２００ｎｍ以下であるが、１回で成長させるＴＥＯＳ酸化膜厚を極端に薄くしすぎるとと、所望の膜厚を成長させるための成膜回数が増加し、スループットの低下をまねくことから、１回で成長させる膜厚としては、５０〜２００ｎｍの範囲で、なるべく厚い方が好ましい。
【００１９】
続いて、図１２の真空処理装置１に接続された真空ポンプ６を使用して、前述と同様な手段により、真空処理装置１内の残留ＴＥＯＳガスを十分に真空排気する。あるいは、残留するＴＥＯＳガスを真空排気した後、窒素等の不活性ガスを真空処理装置内に導入し、再度、真空排気することによって、ＴＥＯＳ残留ガスの低減効果をより高めるようにしてもよい。
次に、酸素ガスを図１２に示す第二のガス導入管９から、図１に示すシーケンスのｂステップに従って、例えば、０．１ｓｌｍから４０ｓｌｍの適宜選択される流量で、所定の時間だけ真空処理装置１内に導入し、高濃度の酸素を含有する酸素含有層１０（図２）を形成する。
続いて、ＴＥＯＳ酸化膜成膜工程と、酸素含有層の形成工程を、所望の酸化膜厚さが得られるまで複数回（図１のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ・・・・ステップ）適宜繰り返し行うことにより、図２に示すＴＥＯＳ酸化膜と酸素含有層との両層が交互に積層されたＴＥＯＳ酸化膜成膜基板３を形成する。
【００２０】
次に、例えば、同一真空処理装置１内にＴＥＯＳ酸化膜成膜基板３を留めたまま、図１のシーケンスのｆステップのように、ＴＥＯＳガスの排気後、所定の温度まで昇温し、所定の時間だけ加熱することで、酸素含有層１０から高濃度の酸素をＴＥＯＳ酸化膜層８へ拡散させ、図３に示す熱処理済ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板４を形成する。図３では、符号１７は高濃度の酸素が拡散されて膜質が改善されたＴＥＯＳ膜を示し、符号１８は酸素が拡散されず、膜質が改善されていない残りのＴＥＯＳ膜部分を示す（符号１８の層厚は薄くてもよい）。符号１９は酸素が拡散される方向を示す。この時、熱処理雰囲気として、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いるか、酸素ガス、もしくは不活性ガスと酸素の混合ガスを用いてもよく、熱処理温度としては、典型的には、８００℃から１０００℃の温度範囲が好ましい。
【００２１】
最後に、真空処理装置１内を、真空ポンプ６を使用して真空排気し、真空処理装置１と真空ポンプ６の配管に介在する遮断バルブ１１により真空処理装置１と真空ポンプ６を遮断した状態で、真空処理装置１内に窒素等の不活性ガスを徐々に導入し、大気圧まで復帰させ、熱処理済半導体基板４を取り出す。
あるいは、前述したように、ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板３を真空処理装置１から取り出し、その後、図示しない別の熱処理装置によって、所定の条件で酸素拡散のための熱処理を別途行ってもよい。
これらの結果、シリコン半導体基板２の上に、高濃度の酸素を含む酸素含有層１０が厚いＴＥＯＳ酸化膜８の間に複数層介在した積層状態で形成されたＴＥＯＳ酸化膜成膜基板３において、前記高濃度の酸素を含む酸素含有層１０から熱拡散により酸素がＴＥＯＳ酸化膜８中に供給されるため、ＴＥＯＳ酸化膜を厚膜化する必要がある場合においても、本発明にかかるようにＴＥＯＳ酸化膜の形成を所要の回数繰り返して積層にすれば、厚膜のＴＥＯＳ酸化膜でも確実に膜質改善を図ることができる。また、本発明によれば、例えば、膜厚の異なる厚いＴＥＯＳ膜を形成する場合であっても、１回当たり成膜するＴＥＯＳ酸化膜厚を固定しておくことが、酸素が熱拡散すべき膜厚は一定であるため、同一の熱処理条件で十分な膜質改善を図る上で、好ましい。
【００２２】
一方、深いトレンチ１３構造についても、図４に示すように、高濃度の酸素を含む酸化膜層１５が、溝内に成長させたＴＥＯＳ酸化膜層１６に沿って、深いトレンチ底部に至るまで複数層均一に積層形成すれば、所定の熱処理を行うことにより、酸素はＴＥＯＳ酸化膜１６中へ均一に熱拡散し、トレンチ構造１３内に埋め込んだＴＥＯＳ酸化膜であっても、確実に膜質改善を図ることができる。従って、本発明によれば、トレンチ溝１３が非常に深い場合でも、前述した同一の熱処理条件を使用することで、同様の改善効果を得ることができ、過度の熱処理を行うことによる素子特性への悪影響を最小限にとどめることが可能となる。また、このように安定化された膜質を有するＴＥＯＳ酸化膜を半導体素子へ適用することにより、素子の高精度化、高微細化を図ることが可能となり、かつ信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施例のプロセスシーケンス図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施例におけるＴＥＯＳ酸化膜成膜基板の要部断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施例における熱処理済ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板の要部断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法にかかるＴＥＯＳ酸化膜で埋設されたトレンチ部分の断面図である。
【図５】窒素雰囲気で熱処理を行ったＴＥＯＳ酸化膜成膜基板のＩ−Ｖ特性図である。
【図６】酸素雰囲気で熱処理を行ったＴＥＯＳ酸化膜成膜基板のＩ−Ｖ特性図である。
【図７】窒素雰囲気で熱処理を行ったＴＥＯＳ酸化膜成膜基板のＣ−Ｖ特性図である。
【図８】酸素雰囲気で熱処理を行ったＴＥＯＳ酸化膜成膜基板のＣ−Ｖ特性図である。
【図９】従来のＨＴＯ酸化膜成膜基板のＩ−Ｖ特性図である。
【図１０】従来のＨＴＯ酸化膜成膜基板のＣ−Ｖ特性図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法にかかるＴＥＯＳ酸化膜を埋設したトレンチ構造における酸素の熱拡散を示すトレンチ部分断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法にかかる真空処理装置（ＣＶＤ装置）の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１          真空処理装置（減圧ＣＶＤ装置）、
２          シリコン半導体基板、
３          ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板、
４          熱処理済ＴＥＯＳ酸化膜成膜基板、
５          外部ヒーター機構、
６          真空ポンプ、
７          第一のガス導入管、
８、１６    ＴＥＯＳ酸化膜、
９          第二のガス導入管、
１０、１５  酸素含有層、
１１        遮断バルブ、
１３        トレンチ、
１７          酸素熱拡散済ＴＥＯＳ膜領域、
１８          酸素未熱拡散ＴＥＯＳ膜領域、
１９          熱拡散による酸素の動き。
【図１】
2006237065.tif 000003
【図２】
2006237065.tif 000004
【図３】
2006237065.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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